Nitric oxide (NO) mediates several biological actions, including relaxation of blood vessels, cytotoxicity of activated macrophages, and formation of cGMP by activation of glutamate receptors in cerebellar slices. Nitric oxide synthase (EC 1.14.23.-) immunoreactivity is colocalized with nicotinamide adenine di-nucleotide phosphate diaphorase in neurons that are uniquely resistant to toxic insults. We show that the nitric oxide synthase inhibitors, N omega-nitro-L-arginine (EC50 = 20 microM) and N omega-monomethyl-L-arginine (EC50 = 170 microM), prevent neurotoxicity elicited by N-methyl-D-aspartate and related excitatory amino acids. This effect is competitively reversed by L-arginine. Depletion of the culture medium of arginine by arginase or arginine-free growth medium completely attenuates N-methyl-D-aspartate toxicity. Sodium nitroprusside, which spontaneously releases NO, produces dose-dependent cell death that parallels cGMP formation. Hemoglobin, which complexes NO, prevents neurotoxic effects of both N-methyl-D-aspartate and sodium nitroprusside. These data establish that NO mediates the neurotoxicity of glutamate.

Intelligence is highly heritable1 and a major determinant of human health and well-being2. Recent genome-wide meta-analyses have identified 24 genomic loci linked to variation in intelligence3-7, but much about its genetic underpinnings remains to be discovered. Here, we present a large-scale genetic association study of intelligence (n = 269,867), identifying 205 associated genomic loci (190 new) and 1,016 genes (939 new) via positional mapping, expression quantitative trait locus (eQTL) mapping, chromatin interaction mapping, and gene-based association analysis. We find enrichment of genetic effects in conserved and coding regions and associations with 146 nonsynonymous exonic variants. Associated genes are strongly expressed in the brain, specifically in striatal medium spiny neurons and hippocampal pyramidal neurons. Gene set analyses implicate pathways related to nervous system development and synaptic structure. We confirm previous strong genetic correlations with multiple health-related outcomes, and Mendelian randomization analysis results suggest protective effects of intelligence for Alzheimer's disease and ADHD and bidirectional causation with pleiotropic effects for schizophrenia. These results are a major step forward in understanding the neurobiology of cognitive function as well as genetically related neurological and psychiatric disorders.

Evidence accumulated over more than 45 years has indicated that environmental stimuli can induce craving for drugs of abuse in individuals who have addictive disorders. However, the brain mechanisms that subserve such craving have not been elucidated. Here a positron emission tomographic study shows increased glucose metabolism in cortical and limbic regions implicated in several forms of memory when human volunteers who abuse cocaine are exposed to drug-related stimuli. Correlations of metabolic increases in the dorsolateral prefrontal cortex, medial temporal lobe (amygdala), and cerebellum with self-reports of craving suggest that a distributed neural network, which integrates emotional and cognitive aspects of memory, links environmental cues with cocaine craving.

Background and Purpose —Premenopausal women are at lower risk than men for stroke, but the comparative vulnerability to tissue injury once a cerebrovascular incident occurs is unknown. We hypothesized that female rats sustain less brain damage than males during experimental focal ischemia and that the gender difference in ischemic outcome can be eliminated by ovariectomy. Methods —Age-matched male (M), intact female (F), and ovariectomized female (O; plasma estradiol: 4.1±1.6 pg/mL compared with 7.4±1.5 in F and 4.0±1.1 in M) rats from two different strains, normotensive Wistar and stroke-prone spontaneously hypertensive rats, were subjected to 2 hours of intraluminal middle cerebral artery occlusion, followed by 22 hours of reperfusion. Cerebral blood flow (CBF) was monitored throughout the ischemic period by laser-Doppler flowmetry. Infarction volume in the cerebral cortex (Ctx) and caudoputamen (CP) was determined by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining. In a separate cohort of M, F, and O Wistar rats, absolute rates of regional CBF were measured at the end of the ischemic period by quantitative autoradiography using [ 14 C]iodoantipyrine. Results —F rats of either strain had a smaller infarct size in Ctx and CP and a higher laser-Doppler flow during ischemia compared with respective M and O rats. Mean end-ischemic CBF was higher in F compared with M and O rats in CP, but not in Ctx. Cerebrocortical tissue volume with end-ischemic CBF <10 mL/100 g/min was smaller in F than M rats, but not different from O rats. Conclusions —We conclude that endogenous estrogen improves stroke outcome during vascular occlusion by exerting both neuroprotective and flow-preserving effects.

We visualize, for the first time, the profile of structural deficits in the human brain associated with chronic methamphetamine (MA) abuse. Studies of human subjects who have used MA chronically have revealed deficits in dopaminergic and serotonergic systems and cerebral metabolic abnormalities. Using magnetic resonance imaging (MRI) and new computational brain-mapping techniques, we determined the pattern of structural brain alterations associated with chronic MA abuse in human subjects and related these deficits to cognitive impairment. We used high-resolution MRI and surface-based computational image analyses to map regional abnormalities in the cortex, hippocampus, white matter, and ventricles in 22 human subjects who used MA and 21 age-matched, healthy controls. Cortical maps revealed severe gray-matter deficits in the cingulate, limbic, and paralimbic cortices of MA abusers (averaging 11.3% below control; p < 0.05). On average, MA abusers had 7.8% smaller hippocampal volumes than control subjects ( p < 0.01; left, p = 0.01; right, p < 0.05) and significant white-matter hypertrophy (7.0%; p < 0.01). Hippocampal deficits were mapped and correlated with memory performance on a word-recall test ( p < 0.05). MRI-based maps suggest that chronic methamphetamine abuse causes a selective pattern of cerebral deterioration that contributes to impaired memory performance. MA may selectively damage the medial temporal lobe and, consistent with metabolic studies, the cingulate-limbic cortex, inducing neuroadaptation, neuropil reduction, or cell death. Prominent white-matter hypertrophy may result from altered myelination and adaptive glial changes, including gliosis secondary to neuronal damage. These brain substrates may help account for the symptoms of MA abuse, providing therapeutic targets for drug-induced brain injury.

A defining feature of drug addiction is persistent drug use despite long-term adverse consequences. This study examined the performance of drug abusers on a neuropsychological test that requires evaluation of long-term outcomes in the presence of a complex set of mixed reward/punishment contingencies (the Gambling Task). In order to control for generalized deficits related to choice and planning, subjects were also administered the Wisconsin Card Sorting Task. Thirty polysubstance abusers were compared to a comparison group of 24 subjects who did not use illicit drugs of abuse. Drug abusers performed much more poorly on the Gambling Task (net score = 10.2 ± 4.7, mean ± s.e.m.) than controls (26.0 ± 5.3), but did not differ from controls on the Wisconsin Card Sorting Task. The results show that drug abusers are more likely to make maladaptive decisions in the Gambling Task that result in long-term losses exceeding short-term gains. These findings indicate that the Gambling Task may be a useful model in laboratory studies of cognitive dysfunctions associated with drug abuse.

Cocaine abusers demonstrate faulty decision-making as manifested by their inability to discontinue self-destructive drug-seeking behaviors. The orbitofrontal cortex (OFC) plays an important role in decision-making. In this preliminary study we tested whether 25-day-abstinent cocaine abusers show alterations in normalized cerebral blood flow (rCBF) in the OFC using PET with 15O during the Iowa Gambling Task (a decision-making task). This task measures the ability to weigh short-term rewards against long-term losses. A control task matched the sensorimotor aspects of the task but did not require decision-making. Cocaine abusers (N = 13) showed greater activation during performance of the Iowa Gambling Task in the right OFC and less activation in the right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and left medial prefrontal cortex (MPFC) compared to a control group (N = 13). Better Iowa Gambling Task performance was associated with greater activation in the right OFC in both groups. Also, the amount of cocaine used (grams/week) prior to the 25 days of enforced abstinence was negatively correlated with activation in the left OFC. Greater activation in the OFC in cocaine abusers compared to a control group may reflect differences in the anticipation of reward while less activation in the DLPFC and MPFC may reflect differences in planning and working memory. These findings suggest that cocaine abusers show persistent functional abnormalities in prefrontal neural networks involved in decision-making and these effects are related to cocaine abuse. Compromised decision-making could contribute to the development of addiction and undermine attempts at abstinence.

Specific sigma binding sites have been identified in the mammalian brain and lymphoid tissue. In this study, certain gonadal and adrenal steroids, particularly progesterone, were found to inhibit sigma receptor binding in homogenates of brain and spleen. The findings suggest that steroids are naturally occurring ligands for sigma receptors and raise the possibility that these sites mediate some aspects of steroid-induced mental disturbances and alterations in immune functions.

As decision-making is central to motivated behavior, understanding its neural substrates can help elucidate the deficits that characterize various maladaptive behaviors. Twenty healthy adults performed a risk-taking task during positron emission tomography with 15O-labeled water. The task, a computerized card game, tests the ability to weigh short-term rewards against long-term losses. A control task matched all components of the risk-taking task except for decision-making and the difference between responses to contingent and non-contingent reward and punishment. Decision-making (2 runs of the active task minus 2 runs of the control task) activated orbital and dorsolateral prefrontal cortex, anterior cingulate, insula, inferior parietal cortex and thalamus predominantly on the right side, and cerebellum predominantly on the left side. In an exploratory analysis, guessing (run 1 minus run 2 of the active task) accompanied activation of sensory-motor associative areas, and amygdala on the left side, whereas informed decision-making (run 2 minus run 1) activated areas that subserve memory (hippocampus, posterior cingulate) and motor control (striatum, cerebellum). The findings provide a framework for future investigations of decision-making in maladaptive behaviors.

Binding of the neurosteroid dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS) to rat brain synaptosomal membranes was studied in vitro, and the interaction of DHEAS with the GABAA receptor was tested using biochemical and electrophysiological assays. DHEAS bound to two populations of sites, and its binding was inhibited by barbiturates. DHEAS interfered with barbiturate-mediated enhancement of benzodiazepine binding. In cultured neurons from ventral mesencephalon, DHEAS reversibly blocked GABA-induced currents, behaving as an allosteric antagonist of the GABAA receptor.